分散重合：モノマー、開始剤、コロイド安定剤を溶媒に溶解し、均一系を形成してポリマーを生成し、最終的にポリマー粒子を形成する沈殿重合。注：このプロセスでは通常、コロイドサイズのポリマー粒子が得られる。 [1]
高分子科学において、分散重合は、反応媒体中に高分子安定剤が存在する状態で行われる不均一重合プロセスである。分散重合は沈殿重合の一種であり、反応媒体として選択される溶媒は、モノマーおよび開始剤に対しては良溶媒であるが、ポリマーに対しては非溶媒であることを意味する。[2]重合反応が進行するにつれて、ポリマーの粒子が形成され、不均一な溶液を作り出す。分散重合では、これらの粒子が重合の場所であり、反応全体を通してモノマーが粒子に加えられる。この意味で、ポリマーの形成および成長のメカニズムは、乳化重合のメカニズムに類似した特徴を有する。[3] 一般的な沈殿重合では、連続相（溶媒溶液）が重合の主な場所であり、これが沈殿と分散の主な違いである。
重合機構
重合開始時、ポリマーは臨界分子量（MW）に達するまで溶液中に留まり、臨界分子量に達すると沈殿します。 [4]これらの初期のポリマー粒子は不安定で、安定化粒子が形成されるまで他の粒子と凝集します。重合のこの段階以降は、安定化粒子へのモノマーの添加によってのみ成長が起こります。[4]ポリマー粒子が成長するにつれて、安定剤（または分散剤）分子が表面に共有結合します。これらの安定剤分子は、一般的にグラフト共重合体またはブロック共重合体であり、事前に形成されるか、反応中にin situで形成されます。 [2]典型的には、安定剤共重合体の一方の側は溶媒との親和性を持ち、もう一方の側は形成されるポリマー粒子との親和性を持ちます。これらの分子は、粒子の周囲に「毛状層」を形成して粒子の凝集を防ぐことで、分散重合において重要な役割を果たします。[4]この層は、反応系における粒子のサイズとコロイド安定性を制御します。粒子分離の駆動力は、安定剤層の外側を向いた末端間の立体障害です。 [4]
分散重合は、0.1～15マイクロメートル（μm）のほぼ単分散ポリマー粒子を製造できます。これは、従来のバッチプロセスにおける乳化重合（0.006～0.7μm）で生成される粒子径と、懸濁重合（50～1000μm）との間のギャップを埋める点で重要です。[4]
アプリケーション
分散重合によって生成される粒子は、幅広い用途に使用されています。トナー、機器校正標準、クロマトグラフィーカラム充填剤、液晶ディスプレイスペーサー、そして生物医学および生化学分析など、様々な分野でこれらのミクロンサイズの単分散粒子が利用されています。これらの粒子は、分散重合法が開発される以前は入手が困難でした。[4]分散液は表面コーティングとしても使用されます。溶液コーティングとは異なり、分散液コーティングの粘度はポリマーの分子量に依存しません。分散液の粘度は、実用的なポリマー濃度の溶液の粘度よりも低いという利点があります。[4]これにより、コーティングの塗布が容易になります。
研究されている分散重合システムの一つは、超臨界液体二酸化炭素（scCO 2）を溶媒として用いるものである。 [5]超臨界CO 2 はその独特な溶媒特性により、多くの可溶性モノマーと不溶性ポリマーからなる分散重合系にとって理想的な媒体である。例えば、scCO 2を高圧に保持することでポリマーを分離することができる 。このプロセスは、一般的な乾燥プロセスよりも効率的である。[5]また、scCO 2を用いた分散重合の原理は、溶媒毒性の低さ、廃棄物の少なさ、効率的な原子経済性、精製工程の回避といったグリーンケミストリーの原理に従っている。 [5]
参考文献
- ^ Slomkowski, Stanislaw; Alemán, José V.; Gilbert, Robert G.; Hess, Michael; Horie, Kazuyuki; Jones, Richard G.; Kubisa, Przemyslaw; Meisel, Ingrid; Mormann, Werner; Penczek, Stanisław; Stepto, Robert FT (2011). 「分散系におけるポリマーおよび重合プロセスの用語（IUPAC勧告2011）」（PDF） . Pure and Applied Chemistry . 83 (12): 2229– 2259. doi :10.1351/PAC-REC-10-06-03. S2CID 96812603. オリジナル（PDF）から2013年10月20日に アーカイブ。 2017年7月14日閲覧。
- ^ ab Rudin, A.; Choi, P. (2013). 『高分子科学と工学の基礎』（第3版）. Academic Press. pp. 427– 429.
- ^ Matyjaszewski, K.; Davis, TP (2002). 『ラジカル重合ハンドブック』John Wiley and Sons. p. 306.
- ^ abcdefg 川口 誠; 伊藤 健 (2005). 「分散重合」.高分子科学. 高分子科学の進歩. 175 : 299–328 . doi :10.1007/b100118. ISBN 978-3-540-22923-0。
- ^ abc Jennings, J.; Beija, M.; Kennon, Jeremy T.; et al. (2013). 「超臨界二酸化炭素中でのRAFT制御分散重合によるブロック共重合体合成の利点」. Macromolecules . 46 (17): 6843– 6851. Bibcode :2013MaMol..46.6843J. doi : 10.1021/ma401051e .
